WO2012041445A1

WO2012041445A1 - Sensoreinheit für ein stereoendoskop und stereoendoskopiesystem

Info

Publication number: WO2012041445A1
Application number: PCT/EP2011/004572
Authority: WO
Inventors: Peter Schouwink
Original assignee: Olympus Winter & Ibe Gmbh
Priority date: 2010-10-01
Filing date: 2011-09-12
Publication date: 2012-04-05
Also published as: DE102010041847A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Sensoreinheit für ein Stereoendoskop (21; 31), insbesondere mit seitlicher Blickrichtung, umfassend zwei flächige Bildsensoren (26, 26'; 36, 36'; 43, 44), die symmetrisch um eine zentrale Rotationsachse (29; 39) der Sensoreinheit angeordnet sind. Die Erfindung betrifft weiter ein Stereoendoskopiesystem, umfassend ein Stereoendoskop (21; 31), insbesondere mit seitlicher Blickrichtung, wobei das Stereoendoskop (21; 31) einen Schaft (22; 32) mit zwei getrennten optischen Einheiten (23, 23'; 33, 33') aufweist, die um eine zentrale Rotationsachse (29; 39) des Stereoendoskops (21; 31) angeordnet sind und zur Änderung der Blickrichtung um die zentrale Rotationsachse (29; 39) des Stereoendoskops (21; 31) gedreht werden. Die erfindungsgemäße Sensoreinheit zeichnet sich dadurch aus, dass jeder der Bildsensoren (26, 26'; 36, 36'; 43, 44) um eine durch den Bildsensor (26, 26'; 36, 36'; 43, 44) verlaufende eigene Rotationsachse drehbar ist, die parallel zur zentralen Rotationsachse (29; 39) verläuft, wobei die Drehungen der beiden Bildsensoren (26, 26'; 36, 36'; 43, 44) um ihre jeweilige Rotationsachse miteinander so gekoppelt sind, dass jede Drehung der Bildsensoren (26, 26'; 36, 36'; 43, 44) gleichsinnig und um den gleichen Winkelbetrag erfolgt.

Description

Sensoreinheit für ein Stereoendoskop und Stereoendoskopiesystem Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine Sensoreinheit für ein Stereoendoskop, insbesondere mit seitlicher Blickrichtung, umfassend zwei flächige Bildsensoren, die symmetrisch um eine zentrale Rotationsachse der Sensoreinheit angeordnet sind. Die Erfindung betrifft weiter ein Stereoendoskopiesystem, umfassend ein Stereoendoskop, insbesondere mit seitlicher Blickrichtung, wobei das Stereoendoskop einen Schaft mit zwei getrennten optischen Einheiten aufweist, die um eine zentrale Rotationsachse des Stereoendoskops angeordnet sind und zur Änderung der Blickrichtung um die zentrale Rotationsachse des Stereoendoskops gedreht werden.

Minimal-invasive endoskopische Eingriffe am menschlichen oder tierischen Körper erfolgen mittels Endoskopen mit langgestrecktem Schaft, die durch eine vorhandene oder vor dem Eingriff zu diesem Zweck erzeugte Körperöffnung in einen Körperinnen- bzw. - hohlraum eingeführt werden. Da eine direkte Sicht von außen auf das Operationsfeld im Körperhohlraum nicht möglich ist, erlauben bekannte Endoskope einen Blick in den zu behandelnden Körperhohlraum. Hierzu weisen übliche Endoskope eine Optik auf mit einer oder mehreren Linsen an der distalen Spitze des Endoskopsschafts auf, die Licht aus dem Körperhohlraum in das Endoskop hinein lenken. Der Endoskopschaft kann eine Anordnung von Linsen, beispielsweise Stablinsen, aufweisen, mittels denen Licht aus dem Körperhohlraum hinaus zum proximalen Ende des Endoskops geleitet wird, d.h. zu dem Ende, das von einem Operateur oder Chirurgen gehalten und bedient wird.

Im proximalen Bereich des Endoskops, beispielsweise an einem Griff, befindet sich ein Okulartrichter mit einem Okular, also einer Optik, aus der das Licht, das an der distalen Spitze des Endoskops eintritt, wieder austritt. Ein solches Okular kann zur direkten Beobachtung mit bloßem Auge verwendet werden, das an den Okulartrichter herangeführt wird.

Eine alternative Möglichkeit besteht darin, am proximalen Ende des Endoskops am Okulartrichter einen Kamerakopf anzuschließen, der eine eigene Optik aufweist, die das aus dem Okular austretende Licht auf einen flächigen optischen Matrixsensor, beispielsweise einen CCD-Chip oder einen CMOS-Chip, leitet. Das von dem optischen Matrixsensor aufgenommene Bild kann beispielsweise über einen Monitor angezeigt und ggf. gespeichert werden, um ggf. später wieder abgerufen und angezeigt zu werden.

Alternativ ist es bekannt, in Videoendoskopiesystemen in der distalen Spitze des Schafts des Endoskops neben einer Optik auch einen Bildsensor einzusetzen, dessen Bild- bzw. Videosignale elektronisch übermittelt werden.

Der Einsatz von Endoskopen und endoskopischen Instrumenten in bei Eingriffen im menschlichen oder tierischen Körper findet unter beengten Platzverhältnissen statt. Lebens- oder funktionswichtige Gewebeanteile sind häufig unmittelbar benachbart zu zu operierenden Gewebeanteilen. Daher ist eine gut funktionierende Hand-Auge- Koordination und Orientierung für den ausführenden Chirurgen bei der Verwendung eines Endoskops von fundamentaler Bedeutung.

Die meisten aktuellen Systeme bieten einen flächigen, zweidimensionalen Eindruck des Operationsgebietes, so dass die Erlernung der Hand-Auge-Koordination eingeschränkt möglich ist. Die Wahrnehmung und Abschätzung von Abständen und relativen Raumbezügen ist hierdurch gegenüber einer direkten Sicht eines Operationsfeldes erschwert.

Eine Verbesserung verspricht in dieser Hinsicht eine dreidimensionale Darstellung des Operationsgebietes aufgrund der dabei erreichbaren Plastizität der Bildwiedergabe. Stereoendoskopische Systeme sind bereits bekannt. Der bekannte Ansatz, eine dreidimensionale Sicht eines Operationsfeldes mittels eines einzelnen Endoskops zu erzeugen, basiert im Wesentlichen auf der Implementation zweier Bildkanäle im Endoskop. Da die beiden Bildkanäle an der Endoskopspitze, bedingt durch die schmale Bauart von Endoskopen, einen geringen Abstand aufweisen, ist es hierdurch möglich, einen Sichtbereich von einigen Millimetern bis einigen Zentimetern vor der Spitze des Endoskops dreidimensional darzustellen. Dies ist in vielen Anwendungsfällen ausreichend.

In vielen Fällen weisen Endoskope einen starren Schaft auf. Um einen möglichst großen Blickwinkel im Körperinnenraum abdecken zu können, sind solche Endoskope mit einem Seitenblick ausgestattet. Hierzu weisen sie einen Spiegel, ein Prisma oder ein sonstiges optisches Ablenkelement auf, das den Blickwinkel um 30°, 45°, 70° oder einen gewünschten anderen Winkel zur Seite richtet. Beispielsweise bei einem Seitblickwinkel von 45° umfasst das wirksame Sichtfeld sowohl die 0°-Richtung in der Verlängerung des Schafts als auch einen orthogonalen 90°-Winkel. Um einen möglichst großen Raumwinkel einsehen zu können, wird ein solches Endoskop um seine Längsachse gedreht.

Im Unterschied zur Fotografie, wo beispielsweise bei Landschaftsaufnahme die Horizontlinie zwischen Himmel und Erde üblicherweise waagerecht dargestellt wird, fehlen bei der Endoskopie Bildhinweise im aufgenommenen Bild, die dem Chirurgen Aufschluss darüber geben, ob das angezeigte Bild gegenüber seiner eigenen Orientierung im Raum gleich orientiert ist, oder etwa auf dem Kopf steht. Der Chirurg kann sich der Horizontlage des Bildes daher nicht aus dem Bild heraus sicher sein. Wenn die Horizontlage des Bildes, die durch die Orientierung der Bildsensoren im Raum festgelegt wird, von der Position des Chirurgen abweicht, ist dem Chirurgen die Orientierung und die Bedienung des Endoskops erschwert. Gerichtete Bewegungen des Endoskops resultieren in richtungsverkehrten Bildverschiebungen. Die Bedienung des Endoskops ist dann in etwa so desorientierend wie die Beeinflussung eines Cursors auf einem Computerbildschirm durch die Bewegung einer Computermaus, um beispielsweise um 90° oder einen anderen Winkel verdreht gehalten wird.

Damit die Horizontlage für den Chirurgen erhalten bleibt, ist bei mo- noskopischen Endoskopen ein Kamerakopf mit einem Bildsensor mittels einer Kupplung am Okulartrichter des Endoskops angebracht, die eine Drehung des Endoskops gegenüber dem Kamerakopf erlaubt. Falls eine solche rotative Entkopplung nicht möglich ist, verliert der Chirurg aufgrund der Drehung des Bildes zusammen mit der Drehung der Blickrichtung des Endoskops schnell die Orien- tierung.

Eine solche rotative Entkopplung wird bei bekannten Stereovideoen- doskopiesystemen nicht angewandt, da die Trennung der die optischen Bildkanäle bildenden Linsengruppen im Endoskopschaft bei einer Rotation des Schafts zur Folge haben würde, dass die Linsengruppen der zwei Bildkanäle im Endoskopschaft von den entsprechenden Linsengruppen und Bildsensoren im Kamerakopf wegbewegt würden. Bei einer Verdrehung um 90° wäre jegliche Überlappung verschwunden und kein Bild mehr zu sehen.

Darum sind in bekannten Stereoendoskopiesystemen die Bildsensoren nicht rotativ von den optischen Bildkanälen bzw. Linsengruppen entkoppelt. Der Erhalt des plastischen Bildeindrucks bei einer Drehung des Endoskops geht in diesem Fall aber auch mit einem Verlust der Horizontallage für den Chirurgen einher, da das Bild um eine Achse rotiert, die durch die Längsachse des Endoskopschafts definiert ist.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Sensoreinheit für ein Stereoendoskop und ein Stereoendoskopiesystem zur Verfügung zu stellen, die auch bei Drehung eines Stereoendoskops um seine Längsachse eine horizontstabile Bildwiedergabe ermöglichen.

Diese Aufgabe wird durch eine Sensoreinheit für ein Stereoendoskop, insbesondere mit seitlicher Blickrichtung, umfassend zwei flächige Bildsensoren, die symmetrisch um eine zentrale Rotationsachse der Sensoreinheit angeordnet sind, gelöst, die dadurch weitergebildet ist, dass jeder der Bildsensoren um eine durch den Bildsensor verlaufende eigene Rotationsachse drehbar ist, die parallel zur zentralen Rotationsachse verläuft, wobei die Drehungen der beiden Bildsensoren um ihre jeweilige Rotationsachse miteinan- der so gekoppelt sind, dass jede Drehung der Bildsensoren gleichmäßig und um den gleichen Winkelbetrag erfolgt.

Der Erfindung liegt die Idee zugrunde, die Bildsensoren der Sensoreinheit um jeweils eine eigene Rotationsachse drehbar auszugestalten, wobei diese Drehung der beiden Bildsensoren miteinander gekoppelt ist. Die Drehbarkeit der Bildsensoren ermöglicht es, die Horizontlage der Bildsensoren unabhängig von der Drehung des Endoskops einzustellen. Die Kopplung der Drehung hat zur Folge, dass beide Bildsensoren dabei stets die gleiche Horizontlage aufweisen, so dass die Überlappung des jeweils angezeigten Bildbereichs gleich bleibt. Insbesondere kann die Horizontlage der Bildsensoren stets konstant gehalten werden, auch wenn die Blickrichtung eines seitwärts blickenden Endoskops geändert wird.

Unter der Horizontlage wird dabei im Rahmen der Erfindung die Lage bzw. Orientierung der einzelnen Bildsensoren verstanden. Üblichen Bildsensoren weisen beispielsweise ein Format bzw. Seiten- längenverhältnis von 16:9 oder 4:3 auf und ihre Videosignale werden auf Bildschirmen im Querformat mit entsprechenden Seitenverhältnissen von 16:9 oder 4:3 angezeigt.

Mit dieser einstellbaren und/oder festlegbaren Horizontlage ist dem Operateur bzw. Chirurgen eine sichere Orientierung im Operationsfeld, d.h. im Körperinneren, ermöglicht. Vorzugsweise ist das auf dem wiedergegebenen Bild oben Dargestellte auch für den Operateur oben, so dass eine Verschwenkung des distalen Endes des Stereoendoskops in eine Richtung zu einer Veränderung des Bildes bzw. der im Bild dargestellten Blickrichtung in die gleiche Richtung führt.

Im Rahmen der Erfindung überlappen die Bildsensoren nicht. Da außerdem die Drehung der Bildsensoren miteinander gekoppelt ist, so dass sie sich gleichsinnig und um den gleichen Winkelbetrag um ihre jeweiligen Rotationsachsen drehen, ist auch gewährleistet, dass beide Bildsensoren jederzeit die gleiche Orientierung aufweisen. Dies ist für eine stereoskopische Wiedergabe vorteilhaft, da keine Drehung des wiedergegebenen Bildes in der Bilddatenverarbeitung erfolgen muss.

Die erfindungsgemäße Sensoreinheit ist insbesondere für Stereo- endoskope vorteilhaft, in denen zu jedem Bildsensor eine eigene optische Einheit vorgesehen ist. Diese sind üblicherweise drehfest mit dem Schaft verbunden, so dass eine Drehung des Endoskops bzw. des Endoskopschafts um die Längsachse des Endoskop- schafts in einer Verdrehung der optischen Einheiten bzw. Linsensysteme resultiert, so dass eine Nachführung der Bildsensoren un- erlässlich ist. Die erfindungsgemäße Sensoreinheit ist ebenfalls in solchen Fällen vorteilhaft einsetzbar, in denen die Sensoren direkt zusammen mit dem Schaft um die Längsachse des Schafts gedreht werden.

Vorzugsweise ist zur Drehung der Bildsensoren um ihre jeweilige Rotationsachse ein handbetriebener Drehring oder ein elektrischer Antrieb vorgesehen. Ein handbetriebener Drehring kann beispielsweise während einer Operation von einem Operateur festgehalten werden, so dass er seinen dargestellten Horizont selber einstellen kann. Ein elektrischer Antrieb kann diese Funktion ebenfalls zur Verfügung stellen.

Eine Kopplung der Rotation der beiden Bildsensoren um ihre jeweiligen Rotationsachsen wird vorzugsweise dadurch hergestellt, dass eine mechanische Kopplung, insbesondere ein Zahnradgetriebe, zur Drehung der Bildsensoren vorgesehen ist. Alternativ dazu ist eben- falls vorteilhafterweise vorgesehen, dass zur Drehung der Bildsensoren jeweils eigene elektrische Motoren, insbesondere Pie- zo-Aktuatoren oder Ultraschallmotoren, vorgesehen sind, die gemeinsam angesteuert werden. Verschiedene Arten von elektrischen Antrieben, die zu einer Rotation führen, sind bekannt.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird auch durch ein Stereoendoskopiesystem gelöst, umfassend ein Stereoendoskop, insbesondere mit seitlicher Blickrichtung, wobei das Stereoendoskop einen Schaft mit zwei getrennten optischen Einheiten aufweist, die um eine zentrale Rotationsachse des Stereoendoskops angeordnet sind und zur Änderung der Blickrichtung um die zentrale Rotationsachse des Stereoendoskops gedreht werden, das dadurch weitergebildet ist, dass eine erfindungsgemäße oben beschriebene Sensoreinheit vorgesehen ist, wobei eine zentrale Rotationsachse der Sensoreinheit mit der zentralen Rotationsachse des Stereoendoskops zusammenfällt.

Dieses Stereoendoskopiesystem bietet die gleichen Vorteile wie die bereits beschriebene erfindungsgemäße Sensoreinheit.

Vorzugsweise ist jedem Bildsensor der Sensoreinheit eine optische Einheit drehfest zugeordnet. Unter einer optischen Einheit wird im Rahmen der Erfindung eine Eingangslinse und gegebenenfalls ein weiteres Linsensystem verstanden, das ein von dem distalen Eingang des Schafts einfallendes Bild auf den jeweiligen Bildsensor abbildet. Auch ein Ablenkelement, wie beispielsweise ein Spiegel oder ein Prisma, insbesondere ein Spiegelprisma, wird als Teil einer optischen Einheit verstanden. Von der Erfindung mit umfasst sich auch Fälle, in denen an jedem der beiden Bildsensoren eigene Linsensysteme, also optische Einheiten, vorgeschaltet sind, die von einem gemeinsamen, größeren Spiegel oder Prisma mit einfallen- dem Licht versorgt werden, so dass die beiden Sensoren jeweils in die gleiche abgelenkte Richtung, beispielsweise 30°, 45°, 60° oder 70°, blicken.

In einer vorteilhaften Ausbildung ist die Sensoreinheit in einem proximal angeordneten Kamerakopf angeordnet, der drehfest mit dem Schaft des Stereoendoskops verbunden ist. Damit unterscheidet sich dieses Stereoendoskop von herkömmlichen Stereoendoskopen mit Kamerakopf, die mit einer eine Rotation des Schafts erlaubenden Kupplung an den Schaft bzw. dessen Okulartrichter gekoppelt sind. Eine Rotation des Schafts zur Änderung der Blickrichtung resultiert in diesen herkömmlichen Endoskopen in einer Änderung der Blickrichtung, nicht jedoch in einer Änderung der Horizontlage. Dies ist bei Stereoendoskopen allerdings nicht anwendbar, da in einem solchen Fall die Strahlengänge der linken und rechten Teilbilder nicht mehr auf die entsprechenden Sensoren gelangen, wenn der Schaft gegenüber den Sensoren verdreht wird.

In einer alternativen Ausbildung ist vorteilhafterweise vorgesehen, dass die Sensoreinheit distal im Schaft des Stereoendoskops hinter den optischen Einheiten angeordnet ist. In diesem Fall werden die Bildsensoren der Sensoreinheit auf einfache Weise zusammen mit dem Schaft verdreht.

Vorzugsweise ist die gekoppelte Drehung der Bildsensoren einer Drehung der optischen Einheiten, insbesondere des Stereoendoskops, um die zentrale Rotationsachse des Stereoendoskops entgegen gerichtet, wobei insbesondere die Orientierung der Bildsensoren bei der Drehung erhalten bleibt. Dies bedeutet, dass die Horizontlage des wiedergegebenen Stereobildes erhalten bleibt, so dass dem Operateur die Orientierung im Raum erleichtert wird, da das Bild selbst seine Orientierung im Raum auch bei Änderung einer Blickrichtung beibehält.

Es ist dem Operateur auch im Rahmen der Erfindung möglich, eine eigene Horizontlage zu wählen und einzustellen.

In einer vorteilhaften Weiterbildung ist im oder am Stereoendoskop eine Orientierungseinheit vorgesehen, mittels der eine Orientierung des Stereoendoskop im Raum, insbesondere in Bezug auf einen Operateur, feststellbar ist und anhand deren die Orientierung der Bildsensoren durch gekoppelte Drehung der Bildsensoren um ihre jeweiligen Rotationsachsen einstellbar ist.

Die Beziehung auf den Operateur geschieht vorzugsweise dadurch, dass die Orientierungseinheit als Handgriff oder Teil eines Handgriffs des Stereoendoskops ausgebildet ist, der bei einer Blickrichtungsänderung nicht mitgedreht wird. Dies kann in der Form eines Pistolengriffs geschehen. Alternativ dazu ist vorgesehen, dass die Orientierungseinheit als Orientierungssensor ausgebildet ist, der insbesondere Abweichungen von einer Schwerkraftsrichtung er- fasst. Diese aus verschiedenen Anwendungen, beispielsweise der digitalen Fotografie, bekannte Ausbildung eines Orientierungssensors ermöglicht eine Festlegung der Horizontlage, die für den Operateur, der im Allgemeinen während einer Operation steht oder sitzt, natürlich ist.

Vorzugsweise ist eine Steuervorrichtung vorgesehen, mittels deren die Lage und/oder Orientierung der Bildsensoren steuerbar ist. Diese kann vom Operateur bedient und/oder von einem Orientierungssensor mit Orientierungsdaten versorgt werden. Eine Kombination dieser beiden Ausführungen ermöglicht es dem Operateur oder Chirurgen, eine bevorzugte Orientierung auszuwählen, die dann mithil- fe des Orientierungssensors und der Steuervorrichtung während eines Eingriffs beibehalten wird.

Sämtliche zu den Erfindungsgegenständen, d.h. der erfindungsgemäßen Sensoreinheit und den erfindungsgemäßen Stereoendos- kopiesystem, genannten Merkmale, Eigenschaften und Vorteile gelten ohne Einschränkung auch für die jeweils anderen Erfindungsgegenstände.

Die Erfindung wird nachstehend ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben, wobei bezüglich aller im Text nicht näher erläuterten erfindungsgemäßen Einzelheiten ausdrücklich auf die Zeichnungen verwiesen wird. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Videoendoskops mit Kamerakopf,

Fig. 2 eine schematische Darstellung der Orientierung in einem Bild von einem Videoendoskop,

Fig. 3 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Stereoendoskops,

Fig. 4 eine Darstellung eines weiteren erfindungsgemäßen

Stereoendoskops,

Fig. 5 eine schematische Teildarstellung eines Endoskops und eines Stereoendoskops,

Fig. 6 eine schematische Darstellung der Blickfelder eines

Stereoendoskops, Fig. 7. eine schematische Darstellung der Orientierung bei herkömmlichen Stereoendoskopen und

Fig. 8 eine schematische Darstellung der Orientierung bei einem erfindungsgemäßen Stereoendoskop.

In den folgenden Figuren sind jeweils gleiche oder gleichartige Elemente bzw. entsprechende Teile mit denselben Bezugsziffern versehen, so dass von einer entsprechenden erneuten Vorstellung abgesehen wird.

In Fig. 1 ist ein herkömmliches Videoendoskop 1 dargestellt, das ein einzelnes zweidimensionales Bild bzw. Videobild aufnimmt. Dafür weist es einen starren Schaft 2 auf, an dessen Ende Okularlinsen 3 dargestellt sind, die in einem Okulartrichter (ohne Bezugszeichen) angeordnet sind.

An den Okulartrichter ist eine Kupplung 7 angeschlossen, mittels deren ein Kamerakopf 4 mit dem Schaft 2 verbunden ist. Hinter der Kupplung 7 sind optische Linsen 5 angeordnet, die das aus den Okularlinsen 3 austretende Licht auf einen CCD-Chip 6 als Bildsensor leiten. Die durch die nicht dargestellte Sensorelektronik gewonnenen elektronischen Bilddaten werden durch ein elektrisches Kabel 8, das auch zur Stromversorgung des Videoendoskops 1 dient oder dienen kann, zu einer nicht dargestellten Darstellungsoder Bildwiedergabevorrichtung, beispielsweise einem Monitor, geleitet. Der Monitor kann Bestandteil eines Computersystems, eines Bildverarbeitungssystems, eines Bildübertragungssystems und/oder eines Bildaufzeichnungssystems sein.

Sämtliche optische Komponenten, insbesondere die Okularlinsen 3, die optischen Linsen und der CCD-Chip liegen auf der zentralen Ro- tationsachse 9 des Videoendoskops 1 , insbesondere des starren Schafts 2.

In Fig. 2 ist anhand eines ähnlichen Videoendoskops 1 ' mit einem Bildsensor dargestellt, wie die Bilderfassung und Bildwiedergabe erfolgt. Das Videoendoskop 1 ' verfügt über einen starren Schaft 2' und einen Kamerakopf 4'. Diese Komponenten entsprechen funktionell dem Schaft 2 und dem Kamerakopf 4 aus Fig. 1. Auf der zentralen Rotationsachse 9 befindet sich in der Verlängerung ein Bild bzw. ein Objekt 1 1 , das durch das Videoendoskop 1 ' bildlich erfasst wird. Die Blickrichtung des Videoendoskops 1 ' beträgt 0°, d.h. es ist geradeaus blickend.

Mit dem Bezugszeichen 12 ist derjenige Bereich, der von einem im Kamerakopf 4' angeordneten und nicht dargestellten CCD-Chip erfasst wird, dargestellt. Mit dem Bezugszeichen 13 ist das maximale Gesichtsfeld 13 des Videoendoskops dargestellt.

Auf der rechten Seite ist die Darstellung auf einem Monitor des Objekts 1 1 anhand der Abbildung 1 1 ' des Objekts 1 1 dargestellt. Die CCD-Fläche 12' und das Gesichtsfeld 13' auf der Seite des Sensors sind ebenfalls dargestellt. Zusammen mit der Abbildung 1 1 ' des Objekts 1 1 erhält der Operateur Orientierungsmarkierungen 14, 15, die die Orientierung des Schafts 2' im Raum wiedergibt. Wenn der Schaft 2' in einer Drehrichtung 2" verdreht wird, wird sich in diesem Fall das Bild, d.h. die Abbildung 1 ', nicht ändern, da das Videoendoskop 1 ' nach vorne in eine 0°-Richtung schaut. Die Markierungen 14, 15 werden der Drehung entsprechend rotiert.

Im alternativen Fall eines seitwärts blickenden Videoendoskops liegt das Objekt 1 1 an einem Rand des Gesichtsfelds 13 bzw. des CCD- Sensors 12. In diesem Fall wird mit einer Drehung des Schafts 2' um eine Drehrichtung 2" die Position der Abbildung 1 1 ' auf dem Sensor 12' kreisförmig verschoben. Die dargestellte Rose bleibt allerdings in jeder Position aufrecht, da der Bildsensor in Kamerakopf 4' nicht verdreht wird.

Dieser Effekt ist vergleichbar mit dem Bildeindruck, der sich ergibt, wenn bei der Betrachtung eines Objekts beispielsweise zunächst ein Punkt oberhalb des Objekts ins Blickfeld genommen wird und dann der Kopf in einer Kreisbewegung um das Objekt herumgeführt wird. Hierbei bleibt die Horizontallage des gesamten Bildes erhalten, während das Objekt sich scheinbar um die veränderliche Blickrichtung des Betrachters herum dreht.

In Fig. 3 ist ein erfindungsgemäßes Stereovideoendoskop dargestellt, das einen, insbesondere starren, Schaft 22, zwei separate Okularlinsensysteme 23, 23', ein Kamerakopf 24, zwei separate optische Linsen bzw. Linsensysteme 25, 25' und zwei separate CCD- Chips 26, 26', als Bildsensoren aufweist. Diese sind mittels einer Kupplung 27, die an einen Okulartrichter des Schafts 21 angreift, drehfest miteinander verbunden. Weitere optische Komponenten im Schaft 22 sind nicht dargestellt.

In Fig. 4 ist eine alternative Ausführungsform in Form eines Stereo- videoendoskops 31 dargestellt, das einen Schaft 32, der auch flexibel sein kann, aufweist, wobei hinter einem Paar von Eingangslinsen 33, 33', optische Linsen 35, 35' und dahinter CCD-Chips 36, 36', angeordnet sind. Auch diese Systeme sind symmetrisch um eine zentrale Rotationsachse 39 herum angeordnet. Der Schaft 32 mündet in einen Handgriff 34.

In Fig. 5 a) ist schematisch dargestellt, welche Komponenten sich bei einem herkömmlichen Videoendoskop 1 mit nur einem Bildsensor 6 bei Drehung des Schafts 2 mitdrehen. Der drehende, mit dem Bezugszeichen 101 bezeichnete Abschnitt des Endoskops umfasst den gesamten Schaft 2 bis zum Okulartrichter. Die Kupplung 7 und der Kamerakopf 4 mit dem Sensor 6 drehen sich nicht mit.

In Fig. 5 b) ist für den Fall eines Stereovideoendoskops 21 gemäß Fig. 3 anhand des mittels des Bezugszeichens 102 gekennzeichneten Bereichs dargestellt, dass sich der Kamerakopf 24 mitdreht. Dies ist zwingend, da ansonsten die Lichtstrahlen, die durch die beiden Okularlinsen 23 in den Kamerakopf 24 eingeleitet werden, nicht mehr auf die Bildsensoren 26, 26', treffen würden.

Dieser Effekt ist in Fig. 6 schematisch dargestellt. Darin sind die jeweils kreisförmigen Gesichtsfelder 41 und 42 für das linke Auge und für das rechte Auge links und rechts dargestellt, wobei sich ein linker CCD-Chip 43 im Gesichtsfeld für das linke Auge 41 und ein rechter CCD-Chip 44 im Gesichtsfeld 42 für das rechte Auge angeordnet ist. Die beiden Gesichtsfelder 41 und 42 bzw. CCD-Chips 43 und 44 sind symmetrisch um die zentrale Rotationsachse 29 angeordnet. Es handelt sich somit um eine Darstellung in der Ebene, die durch die Oberfläche der CCD-Chips 43, 44, verläuft. Die Zentren der CCD-Chips 43, 44 verlaufen auf einem Umfangskreis 40, auf dem sich sowohl die Gesichtsfelder 41 , 42 als auch die CCD-Chips 43, 44 bewegen, wenn die Sensoreinheit mit den CCD-Chips 43, 44 um die zentrale Rotationsachse 29 gedreht werden, beispielsweise mit einer Drehung 45 um 90° im Uhrzeigersinn.

Das Ergebnis einer solchen Drehung 45 ist, dass die Gesichtsfelder 41 , 42 sich um 90° um die zentrale Rotationsachse 29 gedreht haben. Das Gesichtsfeld 41 für das linke Auge ist von einer Neun-Uhr- Position in Fig. 6 auf eine Zwölf-Uhr-Position mit dem Bezugszei- chen 41 ' gedreht worden. Das Gesichtsfeld 42 für das rechte Auge ist nach der 90°-Drehung mit dem Bezugszeichen 42' in der Sechs- Uhr-Position dargestellt. Wenn die CCD-Chips 43, 44, nicht mitgedreht worden sind, wie das beispielsweise der Fall ist, wenn der Kamerakopf, in dem die Bildsensoren angeordnet sind, nicht mit dem Schaft mitgedreht wird, dann liegen die Gesichtsfelder 41 ', 42', nach der Drehung 45 nicht mehr auf den CCD-Chips 43, 44. Es wird kein Bild mehr erzeugt.

In Fig. 7 a) und 7 b) ist dargestellt, wie bei der gleichen Ausgangssituation wie in Fig. 6 die CCD-Chips 43, 44 mitgedreht werden. In Fig. 7 b) hat dies zur Folge, dass die CCD-Chips auf den Positionen 43' und 44' nach der 90°-Drehung wieder mit den Gesichtsfeldern 41 ' und 42' nach der 90°-Drehung überlappen und somit ein Bild gezeigt wird. Allerdings hat sich dabei die Orientierung der CCD- Chips gegenüber der in Fig. 7 a) dargestellten Ausgangssituation in einer 0°-Orientierung um 90° gedreht. Dies ist die bei herkömmlichen Stereoendoskopiesystemen übliche Vorgehensweise, bei der die Orientierung des Chirurgen bzw. Operateurs durch eine Drehung des Endoskops um die zentrale Rotationsachse 29 gestört wird.

In Fig. 8 ist das Ergebnis einer erfindungsgemäßen Drehung der Sensoren um ihre jeweils eigenen Achsen dargestellt. Ausgehend von einem Stereoendoskop, beispielsweise entsprechend Fig. 3, 4 oder 5 b), das außerdem seitwärts blickend ist, stellt Fig. 8 a) die Situation dar, dass das Stereovideoendoskop eine Blickrichtung nach unten hat, wie durch die Pfeile mit den Bezugszeichen 45' dargestellt ist. Die Orientierung bzw. Horizontlage ist so, dass für den Operateur, der in einem Operationsraum steht oder sitzt, die Orientierung seine eigene Orientierung ist. Dies ist erkennbar daran, dass die CCD-Chips 43, 44 in einem Querformat angeordnet sind. In Fig. 8 b) ist gegenüber Fig. 8 a) eine Drehung um 90° im Uhrzeigersinn erfolgt. Die CCD-Chips 43" und 44" sind der Drehung und somit auch der Drehung der Gesichtsfelder 41 ', 42', gefolgt, so dass sie ein Signal empfangen. Gleichzeitig sind sie um ihre jeweilige Zentralachse bzw. Rotationsachse um 90° in Gegenrichtung, also im Gegenuhrzeigersinn, gedreht worden.

Die Drehung des Endoskops insgesamt um 90° hat bewirkt, dass das seitwärts blickende Endoskop nunmehr gemäß den Pfeilen mit den Bezugszeichen 45" nicht mehr nach unten blickt, sondern zur Seite, insbesondere in diesem Fall nach links. Die Gegenbewegung bzw. die Drehung in Gegenrichtung der CCD-Chips 43", 44" hat zur Folge, dass diese ihre Orientierung im Raum beibehalten haben und dem Operateur wiederum ein Bild im Querformat liefern. Damit ist die Orientierung des Chirurgen bzw. Operateurs nicht beeinträchtigt.

Alle genannten Merkmale, auch die den Zeichnungen allein zu entnehmenden sowie auch einzelne Merkmale, die in Kombination mit anderen Merkmalen offenbart sind, werden allein und in Kombination als erfindungswesentlich angesehen. Erfindungsgemäße Ausführungsformen können durch einzelne Merkmale oder eine Kombination mehrerer Merkmale erfüllt sein.

Bezuqszeichenliste

1 , r Videoendoskop

2, 2' Schaft

2" Drehrichtung

3 Okularlinsen

4, 4' Kamerakopf

5 optische Linsen

6 CCD-Chip

7 Kupplung

8 elektrisches Kabel

9 zentrale Rotationsachse

10 Öffnungswinkel des Gesichtsfeldes

1 1 Objekt

1 1 ' Abbildung des Objekts auf CCD

12 Objektbereich entsprechend CCD-Fläche

12' CCD-Fläche

13 Gesichtsfeld

13' Gesichtsfeld sensorseitig

14, 15 Orientierungsmarkierungen

21 Stereovideoendoskop

22 Schaft

23, 23' Okularlinsen

24 Kamerakopf

25, 25' optische Linsen

26, 26' CCD-Chip

27 Kupplung

29 zentrale Rotationsachse

31 Stereovideoendoskop

32 Schaft

33 Eingangslinsen

34 Handgriff , 35' optische Linsen

, 36' CCD-Chips

40 Umfangskreis

41 Gesichtsfeld linkes Auge bei 0°-Orientierung

41 ' Gesichtsfeld linkes Auge nach 90°-Drehung

42 Gesichtsfeld rechtes Auge bei 0°-Orientierung

42' Gesichtsfeld rechtes Auge nach 90°-Drehung

43 linker CCD-Chip

43' linker CCD-Chip nach 90°-Drehung

43" linker CCD-Chip nach 90°-Drehung und Rückdrehung

44 rechter CCD-Chip

44' rechter CCD-Chip nach 90°-Drehung

44" linker CCD-Chip nach 90°-Drehung und Rückdrehung

45 Drehung um 90° im Uhrzeigersinn

45' Orientierung bei 0°-Richtung

45" Orientierung nach 90°-Drehung im Uhrzeigersinn

101 drehende Abschnitte

102 drehende Abschnitte

Claims

Patentansprüche

1. Sensoreinheit für ein Stereoendoskop (21 ; 31 ), insbesondere mit seitlicher Blickrichtung, umfassend zwei flächige Bildsensoren (26, 26'; 36, 36'; 43, 44), die symmetrisch um eine zentrale Rotationsachse (29; 39) der Sensoreinheit angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass jeder der Bildsensoren (26, 26'; 36, 36'; 43, 44) um eine durch den Bildsensor (26, 26'; 36, 36'; 43, 44) verlaufende eigene Rotationsachse drehbar ist, die parallel zur zentralen Rotationsachse (29; 39) verläuft, wobei die Drehungen der beiden Bildsensoren (26, 26'; 36, 36'; 43, 44) um ihre jeweilige Rotationsachse miteinander so gekoppelt sind, dass jede Drehung der Bildsensoren (26, 26'; 36, 36'; 43, 44) gleichsinnig und um den gleichen Winkelbetrag erfolgt.

2. Sensoreinheit nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass zur Drehung der Bildsensoren (26, 26'; 36, 36'; 43, 44) ein handbetriebener Drehring oder ein elektrischer Antrieb vorgesehen ist. Sensoreinheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine mechanische Kopplung, insbesondere ein Zahnradgetriebe, zur Drehung der Bildsensoren (26, 26'; 36, 36'; 43, 44) vorgesehen ist.

Sensoreinheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur Drehung der Bildsensoren (26, 26'; 36, 36'; 43, 44) jeweils eigene elektrische Motoren, insbesondere Piezo- Aktuatoren oder Ultraschallmotoren, vorgesehen sind, die gemeinsam angesteuert werden.

Stereoendoskopiesystem, umfassend ein Stereoendoskop (21 ; 31 ), insbesondere mit seitlicher Blickrichtung, wobei das Stereoendoskop (21 ; 31 ) einen Schaft (22; 32) mit zwei getrennten optischen Einheiten (23, 23'; 33, 33') aufweist, die um eine zentrale Rotationsachse (29; 39) des Stereoendoskops (21 ; 31 ) angeordnet sind und zur Änderung der Blickrichtung um die zentrale Rotationsachse (29; 39) des Stereoendoskops (21 ; 31 ) gedreht werden, dadurch gekennzeichnet, dass eine Sensoreinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 3 vorgesehen ist, wobei eine zentrale Rotationsachse der Sensoreinheit mit der zentralen Rotationsachse (29; 39) des Stereoendoskops (21 ; 31 ) zusammenfällt.

Stereoendoskopiesystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass jedem Bildsensor (26, 26'; 36, 36'; 43, 44) der Sensoreinheit eine optische Einheit (23, 23'; 33, 33') drehfest zugeordnet ist.

Stereoendoskopiesystem nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinheit in einem proximal ange- ordneten Kamerakopf (24) angeordnet ist, der drehfest mit dem Schaft (22) des Stereoendoskops (21 ) verbunden ist.

Stereoendoskopiesystem nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinheit distal im Schaft (32) des Stereoendoskops (31 ) hinter den optischen Einheiten (33, 33') angeordnet ist.

Stereoendoskopiesystem nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die gekoppelte Drehung der Bildsensoren (26, 26'; 36, 36'; 43, 44) einer Drehung der optischen Einheiten (23, 23'; 33, 33'), insbesondere des Stereoendoskops (21 ; 31 ), um die zentrale Rotationsachse (29; 39) des Stereoendoskops (21 ; 31 ) entgegen gerichtet ist, wobei insbesondere die Orientierung der Bildsensoren (26, 26'; 36, 36'; 43, 44) bei der Drehung erhalten bleibt.

Stereoendoskopiesystem nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass im oder am Stereoendoskop (21 ; 31 ) eine Orientierungseinheit vorgesehen ist, mittels der eine Orientierung des Stereoendoskops (21 ; 31 ) im Raum, insbesondere in Bezug auf einen Operateur, feststellbar ist und anhand deren die Orientierung der Bildsensoren (26, 26'; 36, 36'; 43, 44) durch gekoppelte Drehung der Bildsensoren (26, 26'; 36, 36'; 43, 44) um ihre jeweiligen Rotationsachsen einstellbar ist.

Stereoendoskopiesystem nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Orientierungseinheit als Handgriff oder Teil eines Handgriffes des Stereoendoskops (21 ; 31 ) ausgebildet ist, der bei einer Blickrichtungsänderung nicht mitgedreht wird. Stereoendoskopiesystem nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Orientierungseinheit als Orientierungssensor ausgebildet ist, der insbesondere Abweichungen von einer Schwerkraftsrichtung erfasst.